專利名稱：Eoc網絡中上下變頻方法
技術領域：
本發明涉及EOC(Ethernet over Cable，基于同軸電纜傳輸以太網幀)領域，特別 是涉及E0C網絡中的上下變頻方法。
背景技術：
在現有的E0C網絡中，物理層技術主要有低頻技術和高頻技術。在低頻技術領域 主要利用0-65MHZ的頻譜傳輸數據，在高頻技術領域中主要利用高于800Mhz以上的頻譜。 高頻技術的主要問題是鏈路衰減太大，本發明是一種低頻技術。在低頻技術中，主要有兩種技術方案，一種是基帶傳輸方案，一種是調制方案。基 帶技術方案的主要缺點是網絡在0-5Mhz的頻譜衰耗很大，各種干擾很大。本發明是一種低 頻調制技術。在低頻調制技術中，通常都是用模擬或數字上變頻器，把頻譜搬移到高頻段，它們 的特點是中心頻率和符號速率是獨立的，它們之間沒有關聯。這種技術的優點是中心頻率 可以很高，遠遠大于符號速率。在低頻調制技術中，如圖1所示，傳統的發射機上變頻的方案是這樣的把數字碼 流映射到星座圖，生成一倍符號速率的基帶信號，接著把一倍符號速率的基帶信號上采樣N 倍，生成N倍符號速率的基帶信號，然后將N倍符號速率的基帶信號通過低通濾波器，輸出 新的基帶信號，再通過數字插值部件完成采樣過程，接著通過數字模擬轉換器，生成模擬信 號，最后再通過模擬上變頻，輸出調制信號。如圖2所示，傳統的接收機下變頻的方案是這樣的模擬信號通過模擬下變頻輸 出基帶信號，通過模擬數字轉換器生成數字信號，通過數字采樣或者插值部件生成一定采 樣率的數字信號，再通過載波和相位恢復，通過低通濾波器以及數字解調器輸出信號。數字 解調器輸出信號通過載波相位的鑒相器和環路濾波器輸出載波相位控制信號，然后通過數 字載波頻率振蕩器輸出載波相位信號，并輸出給載波頻率和相位恢復模塊，完成載波鎖相 環。數字解調器輸出的信號經過符號速率鑒相器和環路濾波器輸出采樣控制信號，然后通 過數字符號速率振蕩器輸出采樣時刻信號，并輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣 過程，并完成符號速率鎖相環。另外數字解調器輸出的信號通過星座圖逆映射輸出碼流。但是現有的這種技術缺點是在接收端需要兩個獨立的鎖相環，一個鎖定載波頻 率，一個鎖定符號速率。因為需要兩個鎖相環穩定，所以這種技術的同步時間比較長。而同 步時間在基于數據包或幀的傳輸系統中，對整個系統的吞吐率有很大的影響。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種E0C網絡中的上變頻方法和下變頻方法， 能夠增加系統的吞吐率。為解決上述技術問題，本發明E0C網絡中的上變頻方法的技術方案是，包括以下 步驟
第一步，把數字碼流映射到星座圖，生成一倍符號速率的基帶信號D(n)； 第二步，把一倍符號速率的基帶信號D (n)上采樣N倍，生成N倍符號速率的基帶
信號Xl(n)；第三步，把Xl(n)通過低通濾波器，輸出基帶信號X2(n)；第四步，把X2(n)通過數字上變頻器，輸出調制信號X3(n)，X3 (n)= X2(n)*eXp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j為虛數單位，Pi為圓周率，Fr為相對于符號速率的 載波中心頻率，N為發射端上采樣倍數；第五步，取X4(n)為X3(n)的實部；第六步，把X4(n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為S1的數字信號X5(n)， 當R*N = SI，就不需要數字插值，直接令X5 (n) = X4 (n)，其中，R為符號速率；第七步，把X5(n)通過時鐘頻率為S1的數字模擬轉換器，生成模擬信號。本發明E0C網絡中的下變頻方法，包括以下步驟第一步，模擬信號經過時鐘頻率為S2的模擬數字轉換器后，生成采樣率為S2的數 字信號Y1 (n)；第二步，把數字信號Yl(n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為RXM的數字 信號Y2 (n)，其中，R為符號速率，M為接收端上采樣倍數；第三步，把數字信號Y2(n)通過數字下變頻器，輸出采樣率為RXM基帶信號 Y3(n)，Y3(n) = Y2 (n) *exp (_l*j*2*Pi* (Fr/M) *n)，其中，j 為虛數單位，Pi 為圓周率，Fr 為 相對于符號速率的載波中心頻率，M為接收端上采樣倍數；第四步，把基帶信號Y3(n)通過低通濾波器，輸出采樣率為RXM基帶信號Y4(n)， 其中，R為符號速率；第五步，把基帶信號Y4(n)通過符號速率的鑒相器和環路濾波器，輸出采樣控制 信號 sampctl (n)；第六步，用輸出采樣控制信號sampctl (n)去控制數字控制振蕩器，輸出采樣時刻 信號 tsamp (n)；第七步，把采樣時刻信號tsamp (n)輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣過 程；第八步，把基帶信號Y4(n)通過數字解調器，輸出碼流。本發明在接收端只需要一個符號速率的鎖相環，在鎖定符號速率的同時也鎖定了 載波頻率。采用本發明方法減少一個鎖相環可以減少同步時間，增加系統的吞吐率
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1為傳統的發射機框圖；圖2為傳統的接收機框圖；圖3為本發明第一實施例發射機框圖；圖4為本發明第一實施例接收機框圖；圖5為本發明第二實施例發射機框圖；圖6為本發明第二實施例接收機框圖。
具體實施例方式在本發明兩個實施例中，定義符號速率為R，定義信號帶寬B，定義發射端采樣時 鐘頻率S1，定義接收端采樣時鐘頻率S2，定義N為發射端上采樣倍數，定義M為接收端上 采樣倍數，定義載波中心頻率Fc，定義相對于符號速率的載波中心頻率Fr = Fc-R,定義 發射同步符號的序列號為K，定義發射同步符號的相位Ph，定義Pi為圓周率，定義j為虛數 單位。并且假定實施例中滿足以下三個條件1、發射方和接收方有R和Fr的參數信息；2、 R*N > 2*Fc+B ；3、R*M > 2*Fc+B。并且，在假設 E0C 系統中，R = 70Mhz, B = 40Mhz, Fc = 40Mhz, N = 3，M = 3。在本發明的第一個實施例中，不考慮載波相位的同步，只實現載波頻率的同步。在 低頻調制技術中，載波中心頻率和符號速率相差不大，因此采樣基于符號速率的上變頻技 術和下變頻技術，其載波頻率和符號頻率相關聯。如圖3所示，基于符號速率的上變頻方法包括以下步驟1.把數字碼流映射到星座圖，生成一倍符號速率的基帶信號D(n)，其中n為一個 序列的編號，為整數。2.把一倍符號速率的基帶信號D (n)上采樣N倍，也就是在每個數據后面插入N_1 個0，生成N倍符號速率的基帶信號XI (n)。3.把XI (n)通過低通濾波器，輸出基帶信號X2 (n)。4.把X2(n)通過數字上變頻器，輸出調制信號X3 (n)，X3 (n)= X2(n)*eXp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j為虛數單位，Pi為圓周率，Fr為相對于符號速率的 載波中心頻率，N為發射端上采樣倍數。5 取 X4(n) = X3(n)的實部。6.把X4 (n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為S1的數字信號X5 (n)。如果 R*N = SI,就不需要數字插值，直接令X5 (n) = X4 (n)，其中，R為符號速率。7.把X5 (n)通過時鐘頻率為S1的數字模擬轉換器，生成模擬信號。如圖4所示，基于符號速率的下變頻方法包括以下步驟1.模擬信號經過時鐘頻率為S2的模擬數字轉換器后，生成采樣率為S2的數字信 號 Y1 (n)。2.把數字信號Y1 (n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為RXM的數字信號 Y2 (n)，其中，R為符號速率，M為接收端上采樣倍數。3.把數字信號Y2(n)通過數字下變頻器，輸出采樣率為RXM基帶信號Y3 (n)， Y3(n) = Y2(n)*exp(-l*j*2*Pi*(Fr/M)*n)。，其中，j 為虛數單位，Pi 為圓周率，Fr 為相對 于符號速率的載波中心頻率，M為接收端上采樣倍數。4.把基帶信號Y3(n)通過低通濾波器，輸出采樣率為RXM基帶信號Y4(n)，其中， R為符號速率。5.把基帶信號Y4(n)通過符號速率的鑒相器和環路濾波器，輸出采樣控制信號 sampctl(n) 06.用輸出采樣控制信號sampctl (n)去控制數字控制振蕩器，輸出采樣時刻信號 tsamp(n)。
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7.把采樣時刻信號tsamp (n)輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣過程。8.把基帶信號Y4(n)通過數字解調器，輸出碼流。數字解調器有可能是很簡單的 星座圖判決，也可能包括均衡器的很復雜的數字信號處理算法。在本發明的第二實施例中，不僅實現載波頻率的同步，發射信號還包括了幀或包 的同步信號，接收端利用同步信號進行載波相位的同步。如圖5所示，本發明第二實施例的上變頻方法包括以下步驟1.把數字碼流映射到星座圖，生成一倍符號速率的基帶信號D(n)。2.把一倍符號速率的基帶信號上采樣N倍，也就是在每個數據后面插入N-1個0， 生成N倍符號速率的基帶信號XI (n)。3.把N倍符號速率的基帶信號XI (n)通過低通濾波器，輸出基帶信號X2 (n)。4.在發射序列中，第K個符號為同步符號，同步符號的發射相位為Ph，把基帶 信號X2(n)通過數字上變頻器，輸出調制信號X3(n)，X3(n) = X2 (n) *exp (j*2*Pi* (Fr/ N)*(n+m))。m, 1是相位補償參數，它們是個常數，取值范圍是整數，以保證滿足以下等式Ph =(Fr/N)*(K*N+m)+2*l*Pi。5. X4 (n)為調制信號X3 (n)的實部。6.把X4 (n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為S1的數字信號X5 (n)。如果 R*N= S1，就不需要數字插值，直接令X5(n) =X4(n)。7.把X5 (n)通過時鐘頻率為S1的數字模擬轉換器，生成模擬信號。如圖6所示，基于符號速率的下變頻方法包括以下步驟1.模擬信號經過時鐘頻率為S2的模擬數字轉換器后，生成采樣率為S2的數字信 號 Y1 (n)。2.把數字信號yl (n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為RXM的數字信號 Y2 (n)。3.把Y2(n)通過數字下變頻器，輸出采樣率為RXM基帶信號Y3 (n)，Y3 (n)= Y2(n)氺exp(_1氺j氺2氺Pi氺(Fr/M)氺n)。4.把基帶信號Y3(n)通過低通濾波器，輸出采樣率為RXM基帶信號Y4 (n)。5.把采樣率為RXM基帶信號Y4(n)通過幀或包同步序列檢測器，生成幀或包同步 信號 fsync(n)。6.把Y4(n)通過相位補償器，在fsync (n)信號的控制下，生成與發射端相位同 步的基帶信號Y5(n)。假設接收端在檢測到同步序列時下變頻相位為Phrec，補償相位為 Ph-Phreco7.把Y5(n)通過符號速率的鑒相器和環路濾波器，輸出采樣控制信號 sampctl(n) 08.把sampctl (n)去控制數字控制振蕩器，輸出采樣時刻信號tsamp (n)。9.把tsamp (n)輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣過程。10.把Y5(n)通過數字解調器，輸出碼流。數字解調器有可能是很簡單的星座圖判 決，也可能包括均衡器的很復雜的數字信號處理算法。采用第二實施例的方法時，在傳輸的信息中包括符號或幀同步信息，可以利用這 些信息進行載波相位同步。在接收端收到同步符號時，把下變頻器的相位補償為Ph，載波相位就同步了。采用本發明的方法，不關心碼流如何映射到星座圖，也不關心低通濾波器的沖擊 響應和實現，不關心數字采樣或插值部件如何實現，同時不關心數字模擬轉換器和模擬數 字轉換器的實現，不關心符號速率的鑒相器和環路濾波器的實現，不關心數字控制振蕩器 的實現，不關心發射端如何傳遞參數R和Fr給接收端，也不關心數字解調器的實現，不關心 幀或包同步序列的設計和檢測，本技術方案中S1和S2可以不同，N和M可以不同。在低頻調制技術中，載波中心頻率和符號速率相差不大，載波頻率和符號速率是 相關聯的，在接收端只需要一個符號速率的鎖相環，在鎖定符號速率的同時也鎖定了載波 頻率。采用本發明方法減少一個鎖相環可以減少同步時間，增加系統的吞吐率。
權利要求
一種EOC網絡中的上變頻方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，把數字碼流映射到星座圖，生成一倍符號速率的基帶信號D(n)；第二步，把一倍符號速率的基帶信號D(n)上采樣N倍，生成N倍符號速率的基帶信號X1(n)；第三步，把X1(n)通過低通濾波器，輸出基帶信號X2(n)；第四步，把X2(n)通過數字上變頻器，輸出調制信號X3(n)，X3(n)＝X2(n)*exp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j為虛數單位，Pi為圓周率，Fr為相對于符號速率的載波中心頻率，N為發射端上采樣倍數；第五步，取X4(n)為X3(n)的實部；第六步，把X4(n)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為S1的數字信號X5(n)，當R*N＝S1，就不需要數字插值，直接令X5(n)＝X4(n)，其中，R為符號速率；第七步，把X5(n)通過時鐘頻率為S1的數字模擬轉換器，生成模擬信號。
2.根據權利要求1所述的EOC網絡中的上變頻方法，其特征在于，第四步為在發射序 列中，第K個符號為同步符號，同步符號的發射相位為Ph，把基帶信號X2(n)通過數字上變 頻器，輸出調制信號 X3 (η)，Χ3 (η) = Χ2 (η) *exp (j*2*Pi* (Fr/N) * (n+m))，m，1 是相位補償 參數，m，1為整數常數，使公式Ph = 2*Pi*(Fr/N)*(K*N+m)+2*l*Pi成立。
3.—種EOC網絡中的下變頻方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，模擬信號經過時鐘頻率為S2的模擬數字轉換器后，生成采樣率為S2的數字信 號 Yl (η)；第二步，把數字信號Yl (η)通過數字采樣或插值部件，生成采樣率為RXM的數字信號 Υ2 (η)，其中，R為符號速率，M為接收端上采樣倍數；第三步，把數字信號Υ2 (η)通過數字下變頻器，輸出采樣率為RXM基帶信號Υ3 (η)， Υ3 (η) = 丫2(11)*61 (-1*_]_*2*卩1*爾17^)*11)，其中，」為虛數單位，Pi為圓周率，Fr為相對于 符號速率的載波中心頻率，M為接收端上采樣倍數；第四步，把基帶信號Υ3 (η)通過低通濾波器，輸出采樣率為RXM基帶信號Υ4(η)，其中， R為符號速率；第五步，把基帶信號Υ4(η)通過符號速率的鑒相器和環路濾波器，輸出采樣控制信號 sampctl(η)；第六步，用輸出采樣控制信號sampctl (η)去控制數字控制振蕩器，輸出采樣時刻信號 tsamp (η)；第七步，把采樣時刻信號tsampfc)輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣過程；第八步，把基帶信號Y4 (η)通過數字解調器，輸出碼流。
4.根據權利要求3所述的EOC網絡中的下變頻方法，其特征在于，第四步之后的步驟為第五步，把采樣率為RXM基帶信號Υ4(η)通過幀或包同步序列檢測器，生成幀或包同 步信號f sync (η)。第六步，把Υ4(η)通過相位補償器，在fsync (η)信號的控制下，生成與發射端相位同 步的基帶信號Υ5(η)。假設接收端在檢測到同步序列時下變頻相位為Phrec，補償相位為 Ph-Phrec ο第七步，把Y5(n)通過符號速率的鑒相器和環路濾波器，輸出采樣控制信號 sampctl(η) 0 第八步，把sampctlOi)去控制數字控制振蕩器，輸出采樣時刻信號tsampfc)。 第九步，把tsampfc)輸出給數字采樣或插值部件，完成數字采樣過程。 第十步，把Y5 (η)通過數字解調器，輸出碼流。
全文摘要
本發明公開了一種EOC網絡中的上變頻方法，碼流經過星座圖映射、上采樣N倍、低通濾波器、數字上變頻、數字插值、數字模擬轉換器最后進行模擬信號輸出。還公開了一種EOC網絡中的下變頻方法，模擬信號依次經過模擬數字轉換器、數字采樣或插值部件、數字下變頻器、低通濾波器、最后通過數字解調器，輸出碼流。本發明在接收端只需要符號速率的鎖相環，在鎖定符號速率同時鎖定載波頻率，通過減少一個鎖相環減少同步時間，增加系統的吞吐率。
文檔編號H04L7/033GK101841497SQ20091005696
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者聶紅兒 申請人:天際微芯(北京)科技有限公司;普然技術公司